[发明专利]便携式微束X射线荧光光谱仪

说明书

技术领域

本发明涉及X射线探测和成像领域，尤其是一种微束X射线荧光光谱仪。

背景技术

X射线荧光光谱仪（XRF，X-Ray Fluorescence）能在常压下对各种形态（固态/液态/粉末等）样品进行简单、快速、高分辨率和无损的元素定量测量分析。近年来众多行业对XRF的微区分析能力、检测灵敏度和现场分析能力提出了更高的要求（比如要求微区分辨率小于10微米），因此轻量、便携、可现场分析的高分辨率、高灵敏度微束X射线荧光光谱仪（micro-XRF）成为当前的研究热点。

目前已有的X射线荧光光谱仪一般不配备X射线聚焦器件，微区分辨率通常为几十甚至上百微米，迄今为止，未见微区分辨率小于10微米的便携式微束X射线荧光光谱仪的相关报道。已有人提出基于X射线毛细管器件的荧光光谱仪（专利号：201010180956.6），因为使用了X射线毛细管器件进行聚焦，微区分辨率提高到几十微米，但是结构复杂、尺寸庞大，无法实现便携，且微区分辨率还不够高；另有人提出一种能量色散X射线荧光光谱仪（专利号：201010004423.2），用X射线发生装置产生的一次X射线去照射二次靶材，提高了检测灵敏度，但是仪器结构和控制装置复杂，微区分辨率不高。

发明内容

为了克服已有X射线荧光光谱仪的结构复杂、尺寸庞大、无法现实便携、微区分辨率不高的不足，本发明提供一种微区分辨率小于10微米的同时、简化结构、减小尺寸、便于携带的便携式微束X射线荧光光谱仪。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种便携式微束X射线荧光光谱仪，包括主架，所述主架上安装X射线光管和X射线探测器，被检样品位于所述X射线光管的探测光束范围内，所述X射线探测器位于所述被检样品的正上方，所述荧光光谱仪还包括用于选择性地采集被检样品微区生成的X射线荧光的X射线组合折射透镜，所述X射线组合折射透镜与所述X射线探测器的下端相连，所述X射线探测器位于X射线组合折射透镜的像空间，所述被检样品位于所述X射线组合折射透镜的物空间；

所述X射线探测器的上端与用于连接信息采集系统的接口相连，所述主架上还安装激光器，所述被检样品位于所述激光器的照射范围内。

进一步，所述主架的中部安装所述X射线探测器，所述主架的一侧安装第一悬臂梁，所述第一悬臂梁上安装所述X射线光管，所述主架的另一侧安装第二悬臂梁，所述第二悬臂梁上安装所述激光器。

再进一步，所述荧光光谱仪还包括用于放置所述被检样品的样品台，所述样品台位于所述X射线探测器的正下方。

更进一步，所述主架的后侧与第三悬臂梁的上端固定连接，所述第三悬臂梁的下端与所述样品台可拆卸地连接。

所述样品台安装在三维调节机构上。

所述信息采集系统包括嵌入式数字信号处理模块和信息输出模块，所述接口与所述嵌入式数字信号处理模块连接，所述嵌入式数字信号处理模块与所述信息输出模块连接。

本发明的技术构思为：X射线组合折射透镜是一种基于折射效应的新型X射线聚焦器件，其理论聚焦光斑尺寸可达纳米量级，实际测试所得聚焦光斑尺寸通常在几个微米，并具有尺寸小、制作工艺简单、鲁棒性好、可批量加工的优点，同时由于其基于折射效应，因此在对X射线束聚焦时不需要折转光路，因此所形成的探测装置或仪器结构紧凑、尺寸小、重量轻，适合制作便携式仪器装置。

采用X射线组合折射透镜作为聚焦器件，利用其聚焦光斑小的特点来大幅度提高X射线荧光光谱仪的微区分辨率；利用其是色散器件的特点，依据其物像关系可有选择地采集特定波长的荧关传送入X射线探测器，实现了单一器件兼具聚焦和波长选择的功能。在结构上，采集系统通过一个通用接口与主体部分相连，既可连接嵌入式微处理模块进行现场分析，也可以连接普通PC机进行常规分析。样品台通过主架与主体部分连接成一体或分离，形成便携式台式谱仪或手持式便携式谱仪以适应不同的现场分析场合。

本发明的有益效果主要表现在：1、采用X射线组合折射透镜作为X射线荧光光谱仪的聚焦器件，达到更高的微区分辨率；2、X射线组合折射透镜是色散器件，通过它的物像关系，可以选择特定波长的X射线荧光进行分析；3、X射线组合折射透镜基于折射效应工作，在对X射线束聚焦时不需要折转光路，因此所形成的探测装置或仪器结构紧凑、尺寸小、重量轻，适合制作便携式仪器装置，可以实现现场分析。

附图说明